浙江省生态安全格局时空演变特征及其影响因素

2020-03-10周介元孟丽红吴绍雄王青芸

水土保持通报 2020年6期

周介元, 孟丽红, 吴绍雄, 王青芸

(1.赣南师范大学地理与环境工程学院, 江西赣州 341000;2.中国地震局地质研究所, 北京 100029; 3.赣南师范大学数学与计算机科学学院, 江西赣州 341000)

由于人类的过度开发，原有的自然环境遭到破坏，从而严重影响了社会发展的进程[1]，生态安全问题成为研究的焦点[2]。生态安全包括生态风险和生态健康[3]，对社会经济发展起着重要作用[4]。生态系统质量提升、生态安全格局构建等在党的十九大报告中确定为国家战略内容[3]。目前，国内各学者多采用驱动力—压力—状态—影响—响应[5]，驱动力—压力—状态—暴露—响应[6]，状态—压力—响应等[7]模型构建指标体系，以熵权法[8]、层次分析法、生态足迹等[9]进行数据分析，进而对区域的生态安全进行综合性评价。谭华清等[10]通过最小累计阻力模型构建区域生态安全格局，为南京市生态安全可持续发展提供参考；叶鑫等[11]通过优化评估与预警方法模型来完善生态安全格局管理的决策支持系统；袁媛等[12]运用空间统计学等方法对南昌市遥感影像数据进行景观类型变化分析，构建景观生态安全评价模型，对南昌市景观生态安全进行了评价；吕广斌等[13]基于DPSIR-EES模型构建区域土地生态安全评价体系，分析研究了重庆市土地生态安全状况及时空分异；王振波等相关学者[14-16]通过建立PSR生态安全指标体系，依据生态安全各项综合指数及提取的关键因素，论证京津冀城市群的生态安全格局；就浙江省而言，熊秀海[17]根据浙江省遥感数据影像，对景观生态安全进行评价和分析。20世纪80年代初期，国外研究人员开始关注并研究生态安全建设[18]。Malin Falkenmark等[19]学者将人类的生产生活与生态安全结合进行深入分析和研究。Ferretti等[20]从自然环境、生物、人口压力3个因素构建了生态廊道适宜性的评价指标体系，反映出廊道适宜性水平；Foltête等[21]学者基于Graphab软件采用最小费用路径的研究方法，分析各因素对生态环境的影响程度。许多学者把生态安全与社会发展融入区域建设，以构建合理健康的生态安全格局[22-23]。

浙江省的资源和能源始终是经济发展的短板，城市化进程中被破坏的生态环境也制约了社会经济的发展。研究和分析浙江省的生态安全格局，不仅可以促进浙江省生态安全建设，也可以保障长江经济带的全局发展。本文基于2009年以来11个城市10 a面板数据，建立相应的“压力—状态—响应(PSR)”生态安全指标体系，采用熵值法对各项指标进行赋权，并计算PSR分项指数，运用GIS空间分析对浙江省生态安全的时空格局进行全面分析，采用因子分析法提取主要影响因素，分析各因子对生态环境的影响程度，为进一步解决浙江绿色发展问题提供思路。

1 研究区概况

浙江省地处中国东南沿海，介于118°01′—123°10′E和27°02′—31°11′N，陆域面积1.06×105km2。浙江省有杭州市、温州市、湖州市、宁波市、嘉兴市、绍兴市、台州市、舟山市、金华市、衢州市、丽水市11个城市，其中省会城市为杭州。该省总人口为5 737万人，城镇人口比重为68.9%。2018年，浙江省国内生产总值为56 197.2亿元，人均GDP为9.79万元，三次产业结构比为4.4∶47.7∶47.9。快速城镇化和工业化进程给浙江省造成严重的生态破坏和环境污染，制约了社会发展，亟需对浙江省的生态安全状况进行全面分析和探讨。

2 数据与方法

2.1 数据来源

本文涉及2009—2018年浙江省11个城市的人口密度、城镇化率、水资源总量等24个指标数据，主要来源于2010—2019年《中国统计年鉴》《中国城市统计年鉴》《浙江省统计年鉴》及各市统计年鉴、国家数据网、国家统计局、浙江生态环境厅、环境监测等官方网站。

2.2 研究方法

2.2.1 构建区域生态安全评价指标体系在指标的选取中遵循全面性、科学性、可操作性、时效性等原则，分别从经济社会、环境质量、环境建设、环境管理4个方面进行细化指标选取。经济社会包含人口、人均用水量、工业总产值、GDP等；环境质量包含城市绿化率、水资源总量、工业“三废”排放量等；环境建设包含城市污水处理率、生活垃圾无害化处理率、工业废弃物循环利用率等；环境管理包含工业“三废”处置率、企业排放达标率等。在参考王振波[14]、董晓峰等[24]学者研究成果的基础上，结合主成分分析法筛选了涵盖了经济、社会、环境、资源等多方面的24个指标，构建了“压力—状态—响应”生态安全评价指标体系(表1)。

表1 浙江省生态安全评价指标体系

2.2.2 熵值法计算权重熵值法是一种确定客观权重的方法，它主要基于通过指标传递给决策者的信息量来确定权重[24]。指标的离散程度由熵值来判断，离散度越高，指标对综合评价的影响越大。现浙江省各市有m年的统计数据，每一年中反映浙江省各市生态安全评价指标有n个，设为矩阵：

对于正向型的指标：

(1)

对于逆向型的指标：

(2)

(1) 各指标所占比重

(3)

式中：Pij为第i个评估指标占该项指标的比重，n为该项指标的个数。

(2) 求熵值

(4)

式中：k=1/lnn。

(3) 计算权重

(5)

式中：ωij=1-eij，m为参评指标种类的个数。

2.2.3 构建评价模型采用综合评价法构建“压力—状态—响应(PSR)”生态安全评价指标体系，对浙江省的生态安全状况进行定量评价。其评价模型为[24]：

(6)

式中：S为综合评价指数；Wi为第i个评价指标的客观权重值；rij为其无量纲化值；n为评价指标的总个数。

评价指标标准对不同地域有不同的适用性。本文根据研究区域近年的生态环境状况，在参考董晓峰[24]、谢亦欣[25]、韩雅琴等[26]学者的研究成果的基础上，结合熵值法的计算方法及生态安全综合评价指数结果，本文将生态安全评价标准的取值确定在0～0.20之间，并划分5个等级(表2)。生态安全指数越接近0.20，城市生态环境状况越趋于安全状态；指数越接近0，越趋于不安全状态。

表2 浙江省生态安全综合指数分级标准

3 结果与分析

3.1 浙江省2009-2018年生态安全综合指数及PSR分项指数变化趋势

2009—2018年浙江省生态安全综合指数整体呈波动上升状态，但波动幅度小且上升较缓慢(图1)。2009—2014年生态安全指数缓慢上升，其中2011年有小幅下降。2005年，“绿水青山就是金山银山”首次在浙江省安吉县提出，展现健康生态对经济发展的积极作用，指引浙江省走上生态与经济融合发展道路。2014—2016年综合指数快速提升，反映浙江省生态质量有大幅提升，并在2016年为最高值，之后又有所下降，表明2013年提出的“五水共治”以及一系列固废污染防治方案取得显著效果。PSR分项指数的压力指数总体呈下降趋势，2009年以来，“三大国家战略”的启动，制造业智能化以及“811”生态文明建设，人口、经济结构、生态环境压力不断缓和。状态指数总体呈上升趋势，显示了浙江省生态环境具有较高的承载力，工业废气、废水和固体废弃物的排放不断减少，城市绿化覆盖率不断增加，浙江省努力维持生态、经济、社会的平衡发展。响应指数持续稳定提高，体现了“两山”理论的正确性。

3.2 不同城市生态安全综合指数的时间变化趋势

2009—2018年浙江省11个城市生态安全的演变趋势除杭州市略有下降外，其余10个地市呈上升趋势(图2)。湖州市上升最为明显，2014年湖州地区成为我国首个生态文明先行示范区，生态环境状况在建设中逐渐转好；其中舟山、温州、丽水地区的生态安全综合指数值呈先下降再提升的V字形趋势，表明2009年以来的工业化，城镇化给城市的生态环境造成一定的破坏，在2015年后生态环境的安全状况在严格的生态规划和管制下稳步提升。台州、金华和嘉兴的生态安全综合指数呈直线上升趋势，表明三市在社会经济发展中注重对生态环境的保护。衢州和湖州地区呈先提升后下降再提升的N字形趋势；宁波地区在2015年生态安全指数达到全省近10 a的最高值，杭州市是生态安全综合指数唯一呈下降的城市，因其为浙江省的省会城市，人口压力，土地压力等成为杭州重要的生态环境问题，应对难度大，质量提升不明显。总体上，浙江省的生态环境质量增幅较大，但仍需不断完善生态环境保护法制法规，创新绿色发展模式，实现生态安全状态进一步提升。

图1 浙江省2009-2018年生态安全综合指数及PSR分项指数变化趋势

3.3 浙江省2009-2018年生态安全格局时空演变特征

2009—2018年浙江省生态安全时空演变格局如图3所示。从图3可以看出，2009年浙江省生态安全整体等级不高，呈现“南高北低”的空间格局。2009—2012年，北部杭州、嘉兴、湖州、金华地区由临界安全状态转为较安全状态，但丽水和舟山地区分别由安全状态和较安全状态降为临界安全状态。浙江省在2008年大力促进创新创业，推动高新技术发展，优化产业结构，鼓励大众积极参与节能减排事业。2012—2015年宁波和台州地区由临界安全状态分别提升为安全状态和较安全状态，表明2010年以来，宁波市在以“美丽宁波”作为城市发展的目标定位和价值取向中取得可持续的生态环境安全发展态势，同时台州市在“治水”和“治气”两大治理中改善了城市的生态环境状况。2015—2018年丽水、温州和衢州地区的生态环境进入较安全状态，湖州、宁波和舟山地区处于生态环境质量优越的领先地位，浙江生态环境总体进入较安全状态。当前，浙江省总体生态安全等级较安全，但生态安全问题仍然存在，各地方政府要综合考虑地区发展状况，相互借鉴，相互合作，以实现生态与经济的和谐发展。

图2 浙江省2009-2018年城市生态安全综合指数变化趋势

图3 浙江省2009-2018年生态安全格局时空演变特征

3.4 浙江省生态安全的影响因素分析

结合PSR各分项指数，分析影响浙江省生态安全的因素。使用SPSS 25.0对数据进行KMO统计检验和巴特利特球形度检验[12]，KMO检验值为0.683，大于阈值0.5，巴特利特检验值为0.004 3，小于阈值0.01，适合对指标进行因子分析。在对24个指标进行主要因子提取后，5个新因子的方差累计贡献度水平达94.087%。基于方差极大值法对影响因素进行降维处理，对因子载荷矩阵进行正交旋转，得到旋转后的成分矩阵(表3)。

其中因子1对城镇化率、人口自然增率、工业总产值、人均生产总值、人均能耗、人均公共绿地面积、建成区绿化覆盖率、工业粉尘回收率、第三产业比重、生活垃圾无害化处理率，专利授权量、污水集中处理率、城镇居民人均可支配收入具有较高载荷，因子2对GDP增长率、恩格尔系数、城镇居民消费水平指数有较高的载荷，因子3对人均日用水量、工业二氧化硫排放量、工业废气物综合利用率、就业率有较高的载荷，因子4对全年环境质量优良天数有较高的载荷，因子5对水资源总量有较高的载荷。基于上述结果，将5个因子总结为城镇化、经济发展、社会发展、工业发展、水资源条件。

表3 生态安全影响因子正交旋转成分矩阵

采用SPSS 25.0软件对上述5个因子进行多元线性回归分析，F检验值为15.214，显著性小于0.05，说明可接受该回归模型。计算结果详见表4。从表4中看到城镇化、社会发展、水资源条件对生态安全具有显著正相关。“十二五”以来，面对浙江省城镇化滞后于工业化、城乡户籍、环境污染等问题。浙江省各市稳步推进“人的城市化”，实施新型城市化战略。“三拆一改”、“五水共治”、“双清”行动持续推进，统筹安排全省生产、生活和生态发展空间。面对水资源总量丰富，但人均水资源不足问题，浙江省划分水功能区和水环境功能1 133个，控制各市污染量排放，实现全省污水排放达标率达到100%。经济发展和工业发展对生态安全呈负相关，主要原因是随着浙江省经济发展水平和工业化水平的不断提升，化工、印染、电镀、有色等行业的发展在其中起着重要作用，但同时也消耗了大量的自然资源，破坏了生态环境。《浙江省环境状况公报》显示由于煤炭和石油的燃烧，全省酸雨污染较严重，江河干流局部存在不同程度污染，城内和污染更为严重。